《石墨烯在3-5μm中紅外波段的光限幅效應研究》是依託西北大學，由白楊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯在3-5μm中紅外波段的光限幅效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：白楊
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用本項目自製的3-5μm波長可調諧的全固態中紅外光學參量振盪雷射器、中紅外波段二維自動Z-掃描裝置和積分球，開展石墨烯的開孔、閉孔Z掃描探測和散射光強探測。在不同的雷射參量（波長、脈衝寬度、重複頻率、入射角度）條件下，對兩種不同方法(CVD法和氧化還原法)製備出的石墨烯在3-5μm中紅外波段的線性吸收係數、非線性吸收係數、非線性折射率、非線性散射率以及與光限幅相關的透過率、限幅波段、截止光強、限幅閾值等參量進行定性半定量表征，從而探索石墨烯在3-5μm中紅外波段的光限幅效應及其產生機理、雷射參量變化和兩種不同製備方法對石墨烯光限幅性質的影響機理。本項目的研究成果能夠為中紅外波段石墨烯光限幅材料製備方法的最佳化、特別是為紅外CCD精密制導武器對抗3-5μm中紅外強雷射的抗干擾、抗損傷研究提供必要的實驗及理論支持。
結題摘要
雷射在民用、軍用領域獲得了廣泛的和套用。例如雷射焊接、雷射打孔、雷射切割、雷射致盲、雷射制導、雷射測距和雷射目標指示等。但是隨著雷射輸出功率不斷向大功率、大能量發展，其對人眼視力和各種光電感測器的威脅也日趨嚴重。採用非線性光限幅材料對高能量強雷射低透射率，而對低能量的外界輻射和目標反射光的高透射率的非線性光學特性來提高雷射防護能力成為研究熱點。基於獨特的熱、機械、電子及光學性能和寬光譜範圍內的非線性光學性能，在可見光和近紅外光學波段，石墨烯因具有良好的光限幅效應而成為了國內外在光限幅材料領域研究的熱點，並且多側重於其在液相體系中光限幅效應的研究，而很少針對石墨烯薄膜化器件的光限幅開展研究。但是隨著雷射套用波長向中紅外波段方向發展，在3~5µm中紅外波段，探索石墨烯是否同樣具有良好的光限幅性質，那么將大幅地拓展石墨烯的光限幅套用範圍。 本研究成功研製出的脈衝重複頻率10Hz，脈衝寬度6ns、單脈衝能量超過8mJ的3~5µm中紅外波段光參量振盪器和一台針對3~5µm波長可調諧的雷射二維Z-掃描裝置，開展了器件化的石墨烯CaF2鏡片開孔、閉孔Z掃描探測和積分球散射實驗，發現石墨烯在3~5µm中紅外波段存在較強的光限幅特性，其光限幅效應是非線性反飽和吸收和非線性散射的協同作用的結果。在石墨烯層數相同的條件下，非線性反飽和吸收效應隨探測光波長的增加而逐漸減弱；在相同雷射參數條件下，非線性反飽和吸收效應隨層數增加而加強；在相同的入射光能量下，石墨烯散射能量的增長率與入射波長成反比關係，與石墨烯層數成正比關係。由於CVD法製備石墨烯相比於氧化還原法製備的石墨烯具有更為完整的晶體結構、電子共軛體系和高抗損傷特性，因而CVD法製備的石墨烯在3-5μm中紅外波段具有實用化的光限幅效應。本研究成果對於利用石墨烯材料的光限幅效應來提高紅外波段雷射人眼安全防護和光電探測器件的抗干擾、抗損傷能力具有重要的參考意義。
